выключатель тока

Формула изобретения

1. Выключатель тока, содержащий первую шину питания, ключевой элемент, управляющие входы которого гальванически развязаны от его силовых входов, блок питания, клемму для подключения нагрузки, нагрузку, вторую шину питания, времязадающий блок, двухвходовую схему ИЛИ, пусковую кнопку, отличающийся тем, что управляющие входы ключевого элемента гальванически развязаны с его силовыми входами, первая шина питания, силовые входы ключевого элемента, блок питания, клемма для подключения нагрузки, нагрузка и вторая шина питания соединены последовательно, напряжение питающей сети через пусковую кнопку подается на первый вход двухвходовой схемы ИЛИ, выходы которой соединены с управляющими входами ключевого элемента, времязадающий блок запитывается от блока питания и через второй вход двухвходовой схемы ИЛИ управляет работой ключевого элемента.

2. Выключатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве нагрузки применяются управляющие входы другого ключевого элемента, гальванически развязанные от его силовых входов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для автоматического отключения нагрузки по истечении заданного промежутка времени после ее включения с помощью пусковой кнопки. В выключенном состоянии устройство тока не потребляет.

Известно устройство "Выключатель переменного тока" (ас N15682231). Устройство содержит: времязадающий блок, транзистор, диоды, тиристор, резисторы, нагрузку, конденсатор, пусковую кнопку, шины для подключения к сети переменного тока и клемму для подключения нагрузки. Устройство может быть использовано только для цепей переменного тока.

Известно также устройство "Реле времени (а.с. N 1515360). Устройство содержит: симистор, включенный последовательно с нагрузкой, клеммы питающей сети, диодный мост, цепочку последовательно-встречно соединенных стабилитронов, пороговый элемент, выполненный на однопереходном транзисторе, с питанием от конденсатора, дополнительный стабилитрон, кнопку, резисторы и конденсаторы. Устройство не может быть использовано в цепях постоянного тока.

Известно также устройство "Выключатель переменного тока" (а. с. N 1270888) принятое за прототип. Устройство содержит: диодный мост, одна из диагоналей которого через нагрузку включена в цепь переменного тока, а во вторую диагональ включен тиристор. Между анодом и управляющим электродом тиристора включена цепь запуска, состоящая из пусковой кнопки и резистора. Между катодом и управляющим электродом включена схема поддержания и прерывания тока в цепи управляющего электрода тиристора, состоящая из источника питания, времязадающего блока и транзистора (см фиг.3). Устройство может быть использовано только для цепей переменного тока.

При замыкании пусковой кнопки 14 тиристор 5 открывается замыкая цепь нагрузки 16 и одновременно подключая к сети источник питания, образованный двумя диодами 6 и 7, конденсатором 13 и резисторами 9, 10. Конденсатор 13, заряженный в первый подходящий полупериод сетевого тока, (заряд конденсатора 13 происходит по цепочке: диод 7, конденсатор 13, резистор 9, диод 6), в дальнейшем разряжается через управляющую цепь тиристора 5, поддерживая его открытым (цепочка 10, 13, 11). Запущенный в момент появления на конденсаторе 13 напряжения, времязадающий блок 15 по истечении заданного интервала времени открывает транзистор 8, который шунтируя разрядную цепь конденсатора 13, прерывает ток в управляющей цепи тиристора 5. Тиристор 5 закрывается и нагрузка 16 отключается от сети. Выключатель вновь оказывается в исходном положении.

При кратковременном замыкании пусковой кнопки 14 открывается тиристор 5, при этом по цепочке: диод 7, конденсатор 13, резистор 9, диод 6, конденсатор 13 заряжается до напряжения, близкого к амплитудному значению сетевого напряжения. Все это значительно усложняет устройство и вынуждает использовать высоковольтные элементы 13, 8, 6, 7, блок 15, и резисторы 9, 10 большого наминала. Можно заметить, что причина этого в том, что блок питания подключается параллельно нагрузке это и вынуждает гасить излишнее напряжение, использовать балластный резистор 9.

Но ведь можно подключить ключевой элемент, нагрузку и блок питания последовательно, то есть использовать в качестве балластного (токоограничивающего) резистора саму нагрузку.

Далее, используя в качестве нагрузки электромагнитное реле можно добиться двух целей:

1. Уменьшить ток протекающий, через блок питания. Это значительно упростит блок питания, позволит получить от него низковольтное напряжение (а это очень подходит для использования времязадающего блока выполненного на микроэлементной базе). Времязадающий блок можно выполнить на генераторе импульсов, подключенном к счетчику. Такой времязадающий блок позволит отрабатывать выдержки времени от долей секунды до десятков и более часов.

2. Использовать для коммутации другой (внешней) нагрузки контакты реле, например для мощной нагрузки, или нагрузки, требующей полного напряжения сети, контакты реле могут быть размыкающими, замыкающими, переключающими, их может быть много.

Если нагрузка, ключевой элемент и блок питания подключены последовательно, то необходимо использовать ключевой элемент, цепь управления которого гальванически развязана с его силовой цепью.

В качестве такого ключевого элемента можно использовать: электромагнитное реле, оптоэлектронный прибор или их сочетание друг с другом или с тиристором, транзистором и т.д. Использование различных ключевых элементов позволит применить устройство в цепях как переменного, так и постоянного тока, то есть расширить область применения устройства.

Целью настоящего изобретения является упрощение устройства, расширение области применения.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой фиг.1.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве содержится: первая шина питания 12, ключевой элемент 1, содержащий силовые входы 2, 3 и входы управления 4, 5 гальванически развязанные между собой (например: электромагнитное реле, оптоэлектронный прибор или их сочетание друг с другом или иным ключевым элементом: тиристором, транзистором и т.д.), блок питания 6, клемму для подключения нагрузки 17, нагрузку 7, вторую шину питания 11, времязадающий блок 8, двухвходовую схему "ИЛИ" 9, пусковую кнопку 10, причем согласно изобретению первая шина питания 12, силовые входы 2, 3 ключевого элемента 1, блок питания 6, клемма для подключения нагрузки 17, нагрузка 7 и вторая шина питания 11 соединены последовательно, пусковая кнопка 10 соединена со второй шиной питания 11 и с первым входом 13 схемы "ИЛИ" 9 выходы которой 15, 16 соединены с управляющими входами 4, 5 ключевого элемента 1, а времязадающий блок 8 подключен к блоку питания 6 и второму входу 14 схемы "ИЛИ" 9.

Устройство состоит: из ключевого элемента 1, причем наличие гальванической развязки между силовыми входами 2, 3 ключевого элемента 1 и его управляющими входами 5, 4 позволяет в отличие от прототипа соединить первую шину питания 12, силовые входы 2, 3 ключевого элемента 1, блок питания 6, клемму для подключения нагрузки 17, нагрузку 7 и вторую шину питания 11 последовательно. Времязадающий блок 8 запитывается от блока питания 6 и через второй вход 14 схемы "ИЛИ" 9, управляет работой ключевого элемента 1.

Устройство работает следующим образом. При кратковременном нажатии пусковой кнопки 10 напряжение питающей сети с шины 11 через пусковую кнопку 10 подается на первый вход 13 схемы "ИЛИ" 9 сигнал с выходов 15, 16 схемы "ИЛИ" 9 подается на управляющие входа 4,5 ключевого элемента 1 и открывает его. Через силовые входы 2, 3 ключевого элемента 1, блок питания 6 и нагрузку 7 начинает протекать ток. Блок питания 6 запитывает времязадающий блок 8, который через второй вход 14 схемы "ИЛИ" 9 поддерживает ключевой элемент 1 в открытом состоянии. Через определенный промежуток времени (определяемый параметрами времязадающего блока) времязадающий блок 8 через второй вход 14 схемы "ИЛИ" 9 закроет ключевой элемент 1, отключая нагрузку 7 от питающей сети.

Главным существенным отличием от прототипа можно выделить: использование ключевого элемента 1, входы управления 4, 5 которого гальванически развязаны от его силовых входов 2, 3. Это позволяет последовательно подключить силовые входы 2, 3 ключевого элемента 1, блок питания 6 и нагрузку 7 (у прототипа блок питания подключен параллельно нагрузке). Последовательное подключение ключевого элемента, блока питания и нагрузки позволяет значительно упростить блок питания. Кроме того, это обеспечивает полное отключение от сети в выключенном (ждущем) режиме.

В свою очередь использование в качестве нагрузки цепи управления другого ключевого элемента, гальванически не связанной с его силовыми входами (например, электромагнитное реле) позволит применить устройство для управления мощной нагрузкой, требующей полного напряжения сети.

По имеющимся у заявителя сведениям совокупность существенных признаков неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии ее критерию "Новизна".

По мнению заявителя сущность изобретения не следует главным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на полученный результат, который отличает ее от прототипа, это позволяет сделать вывод о соответствии ее критерию "Существенные отличия".

Фиг.1 - функциональная схема заявляемого устройства.

Фиг.2 - принципиальная схема.

Фиг.3 - схема прототипа согласно а.с. N 1270888.

Было изготовлено и работают несколько вариантов устройства. Ниже приводится описание одного из них.

Схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 2. С указанными номиналами деталей устройство обеспечивает выдержку времени около 15 мин. В отличие от подобных устройств напряжение питания снимается со стабилитрона подключенного последовательно с нагрузкой, поэтому устройство в выключенном (ждущем) состоянии тока не потребляет. Устройство содержит: ключевой элемент, цепь управления которого гальванически развязана от его силовых входов (диодный мост VD3, тиристор VS1, резистор R1, оптрон VD1), блок питания (стабилитрон VD2 и конденсатор C1), нагрузку (реле K), пусковую кнопку (SB1), времязадающий блок (DD1, VT1).

При нажатии на пусковую кнопку SB1 на управляющий электрод тиристора подается напряжение, тиристор открывается и заряжает конденсатор C1 до напряжения стабилизации стабилитрона VD2. Это напряжение используется ля питания времязадающего блока на элементах DD1, VT1. На входе R (вывод 3) микросхемы DD1, формируется импульс, устанавливающий на ее выходе 15 (вывод 5 DD1) напряжение низкого уровня. Это напряжение открывает транзистор VT1, который в свою очередь запитывает светодиод оптрона VD1 (выводы 2, 3), при этом открывается тиристор VS1. С этого момента тиристор VS1 будет открыт, а нагрузка (реле K) включена, даже при отжатой кнопке SB1.

Генераторная часть микросхемы DD1 вырабатывает импульсы, период T которых определяется цепочкой C3R3. Через определенное время, соответствующее t= 2¹⁴T на выходе 15 микросхемы DD1 появится напряжение высокого уровня. При этом транзистор VT1 закроется, и через оптрон VD1 закроет тиристор VS1, нагрузка (реле K) отключится, прекращается питание цепей устройства.

Кнопка SB1 вместе с подключенной параллельно, фототиристорной частью оптрона VD1 представляет собой двухвходовую схему "ИЛИ" 9. В устройстве использованы элементы:

Диодный мост КЦ 405А

Тиристор может быть КУ 201Ж-Л или КУ 220Ж-Л

Оптрон VD1 - АОУ 103Г или 30У 103Г

Реле K любое на напряжение 220В, 50Гц с током потребления не более 30 мА и контактами, обеспечивающими надежное подключение нагрузки

Стабилитрон VD2 - любой маломощный с напряжением стабилизации 7-10В

Конденсатор C1 - электролитический 100 мкФ х 16 В

Резистор МЛТ 0,25 или 0,125

Микросхема DD1 - К176 ИЕ5

Транзистор VT1 - КТ 502

При номиналах элементов, указанных на схеме устройство отрабатывает выдержку времени около 15 минут. При необходимости (подбором элементов C3 и R5) можно получить выдержки времени от долей секунды до десятков часов. Контакты реле K используются для управления другой (внешней) нагрузкой. Вместо реле K может быть использована маломощная нагрузка переменного тока, например вентилятор типа ВН-2.